聚合物和小分子叠层结构有机太阳电池研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014)218801聚合物和小分子叠层结构有机太阳电池研究冰许中华十陈卫兵叶玮琼杨伟丰(湖南工业大学计算机与通信学院，株洲412007)(2014年4月l4日收到；2014年6月1日收到修改稿)旋涂法和真空蒸发结合制备了MEH．PPV：PCBM体异质结和CuPc／C60有机小分子叠层有机太阳电池。测试结果表明：MEH—PPV：PCBM有源层和Ag中间层分别为50niii和0．5nm时，与同等厚度有源层的MEH—PPV：PCBM体异质结器件和CuPc／C60小分子器件相比，叠层器

2、件太阳能转换效率大大提高，达到了1．86％．关键词：聚(2一甲氧基，5一(2一乙基一乙氧基)一对苯乙炔)，铜酞菁，叠层结构，太阳电池PACS：88．40．hj，88．40．Jp，88．40．jrDOI：10．7498／aps．63．218801了1．25％【11j；美国Yang团队与日本住友化学合作，1引言采用住友化学新合成的聚合物有源层材料，制备的叠层结构聚合物电池效率达到了i0．6％[12]．这些有机太阳电池由于具有重量轻、小型、柔性和高效实验室样品效率的提高主要靠新合成的材料，低成本等突出特点正吸弓I着人们越来越多的注意，但新合成低

3、带隙的有机聚合物和有机小分子材料但与硅太阳电池相比较低的能量转换效率导致其比较困难，主要是一些国际性的大公司在合成．为实用化推广遇到了一定的困难[1-4J．有机太阳电了进一步提高有机太阳电池效率，考虑到聚合物带池的能量转换效率由光吸收效率、激子扩散效率隙比较大，有机小分子带隙较小，叠合聚合物和有和载流子收集效率三者决定【3]_近年来，人们已经机小分子组成叠层结构具有互补的光吸收，能有效提出了很多方法来提高有机太阳电池的效率，采的提高光吸收效率和载流子收集效率．常用材料用聚合物叠层结构和合成新的低带隙聚合物和小中的有机小分子有源层材料铜酞菁

4、fCuPc：I．7eV)分子材料提高光吸收效率，将聚合物与C60衍生物的光吸收谱为550—760Ylm，聚合物有源层材料fPCBM)混合形成体异质结提高激子扩散效率，工聚(2一甲氧基，5一(2一乙基一乙氧基)一对苯乙炔)(MEH—艺上采用热退火【】、溶液退火【0，7】和加合物1提PPV：2．3eV)光吸收谱范围为400—560nm，两者高有机太阳电池的载流子迁移率，这些方法使得有相互之间互补性很好．因此，本文将聚合物MEH—机太阳电池的能量转换效率有了一定程度的提高．华南理工大学吴宏滨团队与美国Phillips66公司和PPV：PCBM和

5、小分子CuPc／C60结合形成叠层结Solarmer能源公司合作，采用新合成的聚合物有源构，研究了聚合物和中间层厚度变化对叠层有机太层材料，制备的反向结构单结聚合物太阳电池效率阳电池性能的影响．结果表明：MEH—PPV：PCBM达到了9．2％[1o]；北京交通大学的刘晓东等采用常层和Ag中间层分别为50nm和0．5nm时，与传统用材料研究了Alq3小分子材料对聚f2一甲氧基，5一的MEH—PPV：PCBM异质结器件和CuPc／C60小(2一乙基，乙氧基)一对苯乙炔)(MEH—PPV)和PCBM分子器件相比，叠层器件的太阳能转换效率大大提体

6、异质结太阳电池的影响，最高能量转换效率达到高(1．86％)．基金项目：科技部国家国际科技合作专项项目f批准号2013DFG52740)和湖南省自然科学基金(批准号：12JJ3072)资助的课题t通讯作者．E-mail：xuzhonghO733Q163．corn，@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wuli~b．hy．ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014)218801阳光密度采用Oriel辐射光功率计进行测量．ITO2实验玻璃上混合层的光吸收采用Perkin

7、—ElmerLambda900紫外一可见光一红外(uV_Vis—NIR)光谱仪进行2．1溶液配制测量．采用Dektak3ST台阶仪测量薄膜厚度．按照MEH—PPV：PCBM重量比1：4，将MEH—PPV和PCBM以4mg／ml和16mg／ml溶解在氯3结果和讨论仿(Chloroform)中，超声24h充分溶解后备用．所图1是聚合物和小分子叠层结构太阳电池结有有机材料都是在买了以后没有经过进一步提纯构图和能级图．从器件结构图1fa)可见，前面靠直接使用．近IT0的有机太阳电池是MEH—PPV：PCBM聚合2．2制备工艺物太阳电池(前子电池)

8、，后面的有机太阳电池是CuPc／C60有机小分子太阳电池(后子电池)，中间带有35nm厚PEDOT：PSS薄膜的ITO玻璃层采用Ag作为复合导电层．从能级图1(b)可见，(ITO方块电阻为35